Paramedrau Sputtering Gwrthdroi: Ar Pa Foltedd Tuedd Mae'r Ffilm Wedi'i Adneuo'n Cael ei-taflu i ffwrdd?
A fydd y ffilm sydd eisoes wedi'i hadneuo yn cael ei thynnu i ffwrdd pan fydd y foltedd gogwydd yn uchel?
Yr ateb yw ydy.
Gelwir y ffenomen hon yn sputtering o chwith (neu'n ail{0}}sputtering) mewn PVD.
Unwaith y bydd y foltedd bias yn fwy na throthwy critigol, mae egni ïon yn dod yn ddigon uchel i ollwng atomau ffilm sydd eisoes wedi'u hadneuo a'u taflu yn ôl i'r cyfnod nwy. Mae'r gyfradd adneuo yn gostwng yn unol â hynny. Mewn achosion difrifol, mae dyddodiad negyddol yn digwydd - mae'r ffilm yn tyfu'n deneuach dros amser.
Beth yw Sputtering Gwrthdro?
Yn ystod dyddodiad PVD, mae dwy broses yn digwydd ar yr un pryd ar wyneb y gweithle:
Twf ffilm: Mae atomau wedi'u sputtered o'r targed yn teithio tuag at y swbstrad ac yn cronni'r cotio.
Ysgythriad ffilm: Mae ïonau sy'n cael eu cyflymu gan ragfarn yn peledu'r darn gwaith ac yn tynnu atomau sydd eisoes wedi'u hadneuo.
Felly, mae'r gyfradd adneuo net yn dilyn y berthynas hon:
Cyfradd Dyddodiad Net=Cyfradd Dyddodiad − Ail-Cyfradd sputtering
O dan amodau gweithredu arferol, mae'r gyfradd dyddodiad yn uwch na'r gyfradd ail-sbutter, felly mae trwch y ffilm yn cynyddu. Wrth i foltedd bias godi, mae ail-sputtering yn dwysáu. Yn y pen draw, gall cyfradd yr atomau sy'n cael eu tynnu fod yn uwch na'r gyfradd dyddodiad.
Gadewch inni yn gyntaf gyflwyno'r cysyniad sylfaenol: sputtering cynnyrch.
Mae cynnyrch sputtering yn cyfeirio at nifer cyfartalog yr atomau sy'n cael eu taflu allan pan fydd un ïon ynni uchel yn taro defnydd. Er enghraifft, pan fydd 500 eV ïonau argon yn peledu cromiwm (Cr), mae'r cynnyrch sputtering yn amrywio'n fras o 0.6 i 0.8 Cr atomau fesul ïon. Yn gyffredinol, mae ynni ïon uwch yn cynhyrchu cynnyrch sputtering uwch. O ganlyniad, mae foltedd gogwydd uwch yn cyflymu cyfradd tynnu deunydd o wyneb y gweithle.
Mae'r foltedd gogwydd critigol yn wahanol ar gyfer gwahanol ddeunyddiau:
Metelau pur (Cr, Ti, ac ati)
50–100 V: Dyddodiad arferol
200–300 V: Mae ail-sputtering amlwg yn dechrau
300–500 V: Cyfradd dyddodiad yn agosáu at sero
Uchod 500 V: Gall ysgythriad net ddigwydd
Metelau pur sydd fwyaf agored i -sputtering.
Nitridau (TiN, CrN, ac ati)
Mae nitridau'n cynnwys bondio cemegol cryfach, gan wneud atomau'n anos i'w rhyddhau. Felly, mae eu foltedd bias critigol ar gyfer ail-sputtering sylweddol yn uwch.
Islaw 200 V: Dyddodiad arferol sefydlog
300–500 V: Gostyngiad amlwg yn y gyfradd adneuo
500–800 V: Agosáu at y trothwy critigol ar gyfer tynnu deunydd net
DLC (Diamond-Fel Carbon)
Mae DLC yn achos arbennig. Mae llawer o brosesau ta-C (carbon amorffaidd tetrahedrol) yn defnyddio gogwydd pwls ar -800 V hyd at -1500 V. Fodd bynnag, diolch i'r modd pwls ac egni ïon cyfartalog cymedrol, gellir cynnal dyddodiad sefydlog o hyd. Dim ond ar egni ïon uwch fyth y mae sbuttering gwrthdro difrifol yn dod i'r amlwg.
Pam fod Cymedrol Ail-Mae Sputtering yn Fudd
Mae llawer o newydd-ddyfodiaid yn ystyried bod ail{0}}sputtering yn effaith andwyol, sy'n anghywir.
Mewn PVD, mae gogwydd swbstrad yn dibynnu'n rhannol ar adfywiad ysgafn i wella ansawdd cotio. Mae'n well torri atomau sydd wedi'u rhwymo'n rhydd, gronynnau sydd wedi'u glynu'n wan a microstrwythurau ansefydlog. Dim ond adeileddau sefydlog, wedi'u bondio'n ddwys sydd ar ôl. Mae'r mecanwaith yn debyg i hidlo tywod: mae grawn rhydd yn cael eu tynnu, gan adael fframwaith cryno.
Yn unol â hynny, mae ail{0}}sputtering ysgafn rheoledig yn ffactor allweddol ar gyfer dwysáu ffilm.
Problemau sy'n Codi o Ail-Sbuttering
Mae problemau'n codi unwaith y bydd yr ail{0}}sputtering yn mynd yn rhy ddwys:
Cyfradd adneuo is
Dyma'r arsylwi mwyaf uniongyrchol. Hyd yn oed gyda phŵer targed heb ei newid, mae trwch ffilm yn adeiladu'n llawer arafach, gan fod deunydd sydd newydd ei adneuo yn cael ei ysgythru i ffwrdd yn barhaus.
Sifft mewn cyfansoddiad aloi
Cymerwch TiAlN fel enghraifft: mae alwminiwm yn haws i'w ail-haenellu na thitaniwm. Mae cynnwys alwminiwm yn y cotio yn gostwng yn raddol, gan arwain at gyfansoddiad terfynol sy'n gwyro oddi wrth y targed dylunio.
Strwythur grisial tarfu
Mae tuedd rhy uchel yn achosi i'r dellt grisial ffurfiedig gael ei beledu'n barhaus. Mae canlyniadau'n cynnwys straen cynhenid uchel iawn, mwy o ddiffygion, strwythurau grawn wedi'u difrodi, haenau brau a hyd yn oed cracio ffilm.
Dull Ymarferol i Bennu'r Foltedd Tuedd Gorau wrth Gynhyrchu
Ysgubo foltedd rhagfarn yw'r dull safonol.
Cadw pŵer targed, tymheredd swbstrad, pwysau gweithio a llif nwy yn gyson; dim ond addasu foltedd bias. Nodweddu cyfradd dyddodiad, caledwch, straen gweddilliol a chyfansoddiad cotio ar gyfer pob cyflwr.
Yn y rhan fwyaf o ganlyniadau profion, mae caledwch cotio yn codi'n barhaus ar y dechrau. Ar ôl cyrraedd pwynt penodol, mae'r gyfradd adneuo yn gostwng yn sydyn. Mae'r trobwynt hwn yn nodi lle mae sputtering cefn difrifol yn cychwyn.
Mae'r foltedd bias optimaidd fel arfer wedi'i osod ychydig yn is na'r trothwy hwn. Mae'n darparu dwysedd cotio uchel tra'n osgoi ail-sputtering.
Camsyniad Cyffredin
Mae llawer o dechnegwyr yn tybio bod foltedd gogwydd uwch yn cyfateb i broses fwy datblygedig. Mae hyn yn gamddealltwriaeth.
Gellir cyfateb gogwydd swbstrad i rholer ffordd: nid oes digon o bwysau'n methu â chywasgu'r palmant; pwysau cymedrol yn cynhyrchu arwyneb llyfn, solet; mae pwysau gormodol yn crafu wyneb y ffordd ar wahân.
Crynodeb
Mae sputtering gwrthdro yn ffenomen gorfforol gynhenid. Mae gogwydd rhy uchel yn galluogi ïonau ynni uchel i ail-ysgythru haenau sydd eisoes wedi'u hadneuo.
Mae ail{0}}sputtering cymedrol yn hwyluso dwysáu ffilm. Fodd bynnag, mae ail{2}}sputtering gormodol yn achosi dyddodiad arafach, drifft cyfansoddiadol, mwy o straen a diraddio strwythurol.
Nid yw foltedd bias yn well ar werthoedd uwch. Mae proses aeddfed yn taro'r cydbwysedd: peledu ïon digonol i ddwysáu'r ffilm, heb erydu'r cotio a adneuwyd.
